Инициативный проект ОАО ПКФ "МАГРИ" и группы московских инженеров English version  
скачайте бесплатную версию сапр "базис" сейчас !распечатка материалов любых форматовподробнее о технологии "торнадо"


Публикации : "ХОЛТ – новый класс холодильной техники"

УД К 641.546.44
Канд.техн. наук А.В.ВАГИН, В.Е.РУССО,
канд.техн. наук Ю.М.ШАТРОВ
ОАО ПКФ "МАГРИ"

          В преддверии грядущего века проблема энергосбережения становится все актуальнее. Один из массовых потребителей электроэнергии - бытовая холодильная техника, поглощающая сегодня в мире более 200 млрд кВт.ч в год. Решением задачи кардинального уменьшения "аппетита" этой техники занимает­ся уже несколько лет ОАО ПКФ "МАГРИ". Специалистами фир­мы разрабатывается новый класс бытовой холодильной техни­ки, основанной на использовании естественной тепловой энер­гии и получившей название ХОЛТ.

ХОЛТ – новый класс холодильной техники

          Анализ перспектив развития бытовых холодильников показал, что значительного уменьшения энергопотребления наиболее со­временными экономичными хо­лодильниками парокомпрессионного типа в результате совершен­ствования холодильного агрегата, системы терморегулирования, конструкции корпуса, примене­ния новых материалов и техноло­гий не предвидится [8]. В то же время еще один путь решения этой задачи остается без внима­ния широкого круга специалис­тов. Речь идет о способе, подска­зываемом самой природой, - ис­пользовании в устройствах для хранения продуктов естествен­ной тепловой энергии наружной среды.

          Анализ метеостатики средних годовых температур, их сезон­ных и суточных изменений на поверхности Земли [2, 7] пока­зывает, что почти треть суши имеет умеренный климат со среднегодовыми температурами воздуха от -5 до +12 °С. Срав­нивая эти температуры с темпе­ратурами помещений (16...32 °С), при которых гарантируется работа современных бытовых холодильников, можно заметить следующее. Диапазон темпера­тур воздуха в зонах умеренного климата значительно ближе к оптимальным температурным условиям хранения продуктов, поддерживаемым в рабочей ка­мере холодильника (1...8 °С), чем температурный диапазон воздуха в помещении. Посколь­ку потребление электроэнергии холодильником в первую оче­редь определяется разностью температур окружающего возду­ха и заданной внутри его рабо­чей камеры, то очевиден вывод: электропотребление холодиль­никами можно существенно снизить простым перемещением их из помещений на открытый воздух.

          На рис. 1 в качестве примера изображены диаграммы, позволя­ющие оценить экономию элект­роэнергии холодильником, рабо­тающим в температурных услови­ях окружающей среды, соответ­ствующих климату Москвы [2]. На диаграммах приведено осредненное в пятиградусном интерва­ле годовое электропотребление холодильника в зависимости от изменения внешней температуры и от времени ее существования в течение года в том же интервале. В качестве объекта для оценки принят некий "виртуальный" хо­лодильник, подобный современ­ному высокоэкономичному одно­камерному холодильнику со сред­несуточным энергопотреблением 0,7 кВт.ч при температуре окру­жающего воздуха 25 °С и внутри рабочей камеры 5 °С. Предпола­галось, что он способен работать в реверсивном режиме (охлажде­ние-нагрев) и что заданная в ка­мере температура 5 °С выдержи­вается терморегулятором без ста­тистических и динамических ошибок.

          Как видно их диаграмм, сред­негодовое потребление электро­энергии такого холодильника, подсчитанное сложением затрат энергии на каждом температур­ном интервале, составляет 123 кВт.ч. Сравнивая полученный результат с годовым потреблени­ем этого же холодильника, но размещенного в помещении с по­стоянной температурой 25 °С, которое составляет 255 кВт.ч, видим, что экономится 50,7 % электроэнергии. Если допустить, что температура в рабочей каме­ре выдерживается с помощью того же регулятора в пределах от 1 до 8 °С, то экономия возраста­ет до 66 %.

          На рис. 2 представлены резуль­таты математического моделиро­вания процесса энергопотребле­ния реверсивным холодильни­ком в течение одних суток и про­цесса стабилизации температуры в его рабочей камере в пределах 1...8 °С с учетом динамических ошибок регулирования. При этом имитировали суточные из­менения температуры воздуха, характерные для г. Эдмонтон, Канада, в апреле. Предполага­лось также, что 50 % поверхнос­ти корпуса холодильника нахо­дится в среде с постоянной тем­пературой 25 °С. Как видно из рис. 2, в этом случае электропот­ребление за сутки составляет 0,12 кВт.ч вместо 0,7 кВт.ч энергии, которую расходует холодильник, целиком располо­женный в среде с температурой 25 °С.

               


          Проведенные расчеты и экспе­риментальные исследования по­казали, что таким путем можно сэкономить до 80% потребляе­мой холодильником в настоящее время электроэнергии в зависи­мости от температурных условий наружной среды. На фрагменте карты мира (рис. 3) отмечены по­казатели экономичности холо­дильника в различных регионах Земли с умеренным климатом, полученные по изложенной ме­тодике. При этом были учтены экспериментальные результаты измерений энергопотребления холодильника "Стинол 519" (па­раметры которого закладывали в расчеты) при различных вне­шних температурах, имитирую­щих сезонные и суточные коле­бания температуры в умеренном климате.



          Предложенный простой на первый взгляд способ передачи тепловой энергии наружной сре­ды в рабочую камеру холодиль­ного устройства путем непосред­ственного контакта корпуса (или его части) с наружным воздухом требует тем не менее определен­ных подходов к разработке этого класса холодильной техники:

           необходимо выработать но­вые критерии оценки техничес­ких и эксплуатационных харак­теристик такой техники. В част­ности, ее экономичность должна оцениваться по среднесуточному за год или среднегодовому по­треблению электроэнергии для конкретного региона, где будет использоваться устройство;
           должен быть выбран наибо­лее экономичный способ генера­ции тепловой энергии и на его основе разработан реверсивный холодильно-нагревательный аг­регат;
           система управления холодильно-нагревательным агрега­том должна, по крайней мере, со­хранить достигнутую сегодня точность терморегулирования в условиях гораздо более широко­го диапазона сезонных и суточ­ных изменений температур окру­жающего воздуха по сравнению с комнатными. Функции этой си­стемы расширяются, ее парамет­ры должны выбираться с пози­ций минимизации энергопотреб­ления;
           устройство в целом, его холодильно-нагревательный агрегат, система управления, другие узлы и элементы должны работать в атмосферных условиях без ухуд­шения технических характерис­тик;
           должны быть сохранены или улучшены и расширены потреби­тельские свойства устройства (дизайн, удобство эксплуатации, долговечность, стоимость и т. п.).

               Совокупность таких подходов при создании предложенного класса бытовой холодильной тех­ники названа климатологичес­кой концепцией, а само устрой­ство - "холодильником-теплильником" (ХОЛТ).

               На основе такой концепции разработано несколько базовых однокамерных моделей ХОЛТ, отличающихся по принципу дей­ствия, конструкции, условиям эксплуатации.

          В моделях ХОЛТ-ОК [4] и ХОЛТ-У [1,4] применен парокомпрессионный холодильный агрегат, дополненный электро­нагревателем внутреннего объе­ма рабочей камеры, сконструированным на основе узлов и блоков, выпускаемых в настоящее время промышленностью. Управление холодильно-нагревательным агрегатом осуществля­ется специально разработанным двухканальным четырехпозици­онным электронным унифици­рованным терморегулятором.

          ХОЛТ-ОК размещается в нижней или боковой части оконного проема или в другом подходящем месте строения так, чтобы его задняя стенка выходи­ла в неотапливаемую среду. Он имеет оригинальный дизайн, гармонично сочетающийся с евроокном, создает своеобразный интерьер помещения и эконо­мит его полезную площадь. В конструкции корпуса ХОЛТ-ОК предусмотрены средства для крепления и компоновки с евро-окном, в комплекте с которым он может устанавливаться. При изготовлении базовую ширину корпуса можно изменять в неко­торых пределах, что облегчает его монтаж в уже действующем строении и позволяет изменять полезный объем камеры. ХОЛТ-ОК может быть использован в городских квартирах, в офисах, отелях, медицинских учрежде­ниях, в сельских домах, в коттед­жах, дачных строениях и т. д.

          Другая модель - ХОЛТ-У - универсальна и может разме­щаться в любом месте как отап­ливаемого, так и неотапливаемо­го помещения (кухня, комната, балкон, лоджия, терраса и т. д.). В отапливаемом помещении он работает как обычный современ­ный холодильник. Конструкция ХОЛТ-У разработана на основе конструкции холодильника "Стинол 519", в который допол­нительно установлен электронаг­реватель, терморегулятор заме­нен специально разработанной электронной системой управле­ния и введены специальные сред­ства, позволяющие работать хо­лодильному агрегату в атмосфер­ных условиях. При этом серьез­ных доработок корпуса холодильника не потребовалось, что существенно упрощает про­цесс освоения ХОЛТ-У промыш­ленностью, поскольку за основу может быть взята практически любая модель современного хо­лодильника, в том числе двухка­мерного.

          Модель ХОЛТ-ОК-ТЭ [5, 6] разработана на основе термо­электрического способа генера­ции тепловой энергии и предназ­начена для тех же условий раз­мещения и эксплуатации, что и ХОЛТ-ОК. Конструкция его кор­пуса аналогична конструкции корпуса ХОЛТ-ОК. Эта модель обладает следующими привлека­тельными особенностями. ХОЛТ-ОК-ТЭ экологически чист, имеет пониженный уровень шума. Его термоэлектрический агрегат способен работать в ре­версивном режиме. С уменьше­нием разности температур окру­жающего воздуха и внутри каме­ры ХОЛТ-ОК-ТЭ резко возрас­тает холодильный коэффициент агрегата и, как следствие, снижа­ется его энергопотребление. Кро­ме того, система управления, по­строенная на основе принципа линейного регулирования (в от­личие от релейного), существен­но снижает энергетические поте­ри в процессе терморегулирова­ния. Однако при всей заманчиво­сти и преимуществах этой модели вряд ли можно говорить о его ос­воении промышленностью в ближайшее время. Основное пре­пятствие — отсутствие термомо­дулей с холодильным коэффици­ентом хотя бы 0,4...0,5 при разно­сти температур внешней среды и внутри камеры ХОЛТ около 20 °С. В связи с этим при разработ­ке ХОЛТ-ОК-ТЭ пришлось уве­личивать число термомодулей в термоагрегате, усложнять конст­рукции средств теплоотвода, схе­мы и конструкции блока управ­ления терморегулятора. Тем не менее разработки в этом направ­лении имеют перспективу и бу­дут предприятием продолжены*.

          Технические решения, ис­пользованные при разработке ХОЛТ, запатентованы в РФ и па­тентуются в ряде стран за рубе­жом [1, 3-6]. Модель ХОЛТ-ОК сертифицирована. Образцы ХОЛТ-ОК экспонировались на выставках и отмечались награда­ми (Международная выставка "Эврика-96", Брюссель, 1996 г. - золотая медаль; ВВЦ РФ, Моск­ва, 1997 г. - золотая медаль и др.).

          В настоящее время на пред­приятии налажено производство ХОЛТ-ОК, проводятся его эксплуатационные испытания, а так­же лабораторные и стендовые ис­пытания образца ХОЛТ-У, разра­батывается конструкторская до­кументация. Проведены испыта­ния установочного экземпляра ХОЛТ-ОК-ТЭ. Освоены промышленное изготовление и по­ставки унифицированного блока управления терморегулятора.

          Рассматривая перспективы ос­воения промышленностью пред­ложенного класса бытовой холо­дильной техники, можно выска­зать следующие соображения.

          Массовое вхождение в быт энергосберегающей техники, к которой относится ХОЛТ, позво­лит населению экономить затра­ты на оплату электроэнергии, а государству сберегать энергоре­сурсы, что дает основание при­дать приоритетный характер ос­воению в ближайшее время про­мышленностью этой техники и тем самым внести вклад в реше­ние проблемы энергосбережения.


* - На данный момент базовая модель терморегулятора уже разработана и сертифицирована (см. публикацию «Новая система терморегулирования бытовой холодильной техники класса ХОЛТ»)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Заявка № 98119930 от 02.11.1998 г. на выдачу патента.
2. Климат г. Москвы/Под ред. А.А.Дмитриева, Н.П.Бессонова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969.
3. Международная заявка № PCT/RU 98/00175 от 05.06.1998 г. на выдачу патента.
4. Пат. 2112909 РФ. 
5. Пат. 2099652 РФ.
6. Пат. 2094713 РФ.
7. Тверской П.Н. Курс метеоро­логии (физика атмосферы). - Л.: Гидрометеоиздат, 1962.
8. Энергетические характерис­тики бытовой холодильной техники//Холодильная техника. №2.1991.

Материал был опубликован в журнале
“Холодильная техника” №1, 1999 г.


This Russian CAD-users Web site owned by Russian Engineers Project.



   Главная
   О компании
   Наши технологии
   Конструкторское бюро
   Коллекция проектов
   Система "Базис"
   Патентование
Публикации Сотрудничество Контакты Web print Web design Мебель для офиса Очистка инж. коммуникаций









 
  Copyright 1999-2000 Компания Русские инженеры. Все права защищены. Информация о сайте